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1、同步整流同步整流TrainingDQETrainingDQEP&C SBGPeripherals SBU引言引言 隨著計算機通信设备及新的网络产品市场需求的迅速增长，未来的电源市场是非常乐观的。市场对功率变换器的需求更是呈现迅速上升趋势。功率变换也向低输出电压（最低可低到1.2V）、高输出电流、低成本、高频化（400500kHz）高功率密度、高可靠性、高效率的方向发展。整流电路作为開關電源的重要组成部分，对整机性能的影响很大。传统的整流电路采用功率二极管，由于二极管的通态压降较高（典型值有0.4V0.6V），因此整流损耗较大。而为了满足各种数据处理集成电路对更快速、更低功耗和更高集成度的要求，
2、集成芯片工作电压将进一步降低到1V3V.在DC/DC变换器输出如此低的电压时，整流部分的功耗占输出功率的比重将更大，致使整机效率更低，成为电源小型化、模块化的障碍。应用同步整流技术，用低导通电阻MOSFET代替常规整流二极管，可以大大降低整流部分的功耗，提高变换器的性能，实现电源的高效率，高功率密度 P&C SBGPeripherals SBUP&C SBGPeripherals SBUP&C SBGPeripherals SBUP&C SBGPeripherals SBUP&C SBGPeripherals SBUP&C SBGPeripherals SBUP&C SBGPeripheral
3、s SBUMOSFET半波整流(SR)原理波形 P&C SBGPeripherals SBUMOSFET全波整流原理波形 P&C SBGPeripherals SBU倍流整流电路的原理分析 早在1919年，“倍流整流”思想在汞弧管整流电路中就有人提出它是从全桥整流方式演化而来,即用两只独立的，数值相同的电感代替全桥整流拓扑中的一组整流管，保持“全桥整流”的形式，经过适当变形，即得到倍流整流拓扑形式 P&C SBGPeripherals SBU倍流整流拓扑及其原理波形 P&C SBGPeripherals SBU（1）t0t1：变压器副边绕组上为正压，SR2处于导通状态，SR1处于关断状态,电感
4、L1上电流上升，L2上电流下降。对应如下关系式：VL1=V2V0=L1（1）VL2=V0=L2（2） （2）t1t2：变压器副边绕组电压为零，整流管SR1、SR2都导通。通过电感L1、L2的电流都在减小，处于续流状态。对应关系式为VL1=V0=L1（3）VL2=V0=L2（4）（3）t2t3：变压器副边绕组上为负压,功率管SR1处于导通状态，SR2处于关断态，电感L1上电流下降，L2上电流上升。对应关系式为：VL1=V0=L1（5）VL2=V2V0=L2（6）P&C SBGPeripherals SBU（4）t3t4：变压器副边绕组电压为零，整流管SR1、SR2都导通。通过电感L1、L2的电流
5、都在减小，处于续流状态。对应电路方程与t1t2时段相同。 在一个完整的开关周期Ts中，通过电感L1、L2的电流，都是在各自的0DTs时间段内增加；在（1D）Ts时间段内减小，且两段时间内电流增加量与减小量相等。对应如下关系式：L=V2V0，L=V0，i()=i()整理后可得：V0=DV2(7)P&C SBGPeripherals SBU实质就是两个电感的交错并联。电感L1与L2上的电压和流过电流相位相差180，在变压器副边绕组电压非零时，流过L1、L2的电流一增一减，实现了iL1、iL2的纹波电流互消，从而使总的负载电流（i0=iL1iL2）纹波大大减小。在输出电压纹波要求相同的情况下，这种倍
6、流整流方式使得L1、L2显著减小，加快了功率级的动态响应。电感L1、L2电流波形相差180，其合成电流（i0=iL1iL2）纹波峰峰值与iL1、iL2纹波峰峰值的关系，用电流互消比例K12表示，K12与占空比D有关，关系式如下：K12=2（D0.5）（8）其对应的关系如下图所示。从图中可以直观地看出，当D=0.5，即V2=2V0时，才有完全的纹波互消作用（输出电流实现零纹波），D偏离0.5越远，纹波互消作用越差。当D=0.25时，纹波互消比例只有67。因此，在倍流整流拓扑中，为了利用其纹波互消作用，希望D在0.5附近。P&C SBGPeripherals SBU电感电流纹波互消作用示意 P&C
7、 SBGPeripherals SBU特别需要指出的是，倍流整流拓扑这一电路形式特别适合于应用磁集成技术。一般可采用两种集成思路：两只电感集成在一只磁芯上，以及两只电感和变压器集成在一只磁芯上。在倍流整流拓扑中，虽然由电感电流交错合成后的电流纹波较小，但分别流过分立电感L1、L2上的电流纹波却较大，因此在采用分立电感元件时，对应每只电感的磁通脉动量较大，引起较大的磁芯损耗，影响整机效率；把电感L1、L2集成在一只磁芯上（如EE或EI型），电感绕组分别绕制在两只外腿上，对应的磁通在中心柱上交叠，可以实现磁通脉动量的互消作用，从而大大减小中心柱的磁芯损耗和磁芯体积。对应的示意图如图9所示更进一步，
8、可把三个分立磁性元件集成在一只磁芯上10，如图10所示，同时实现了磁芯和绕组的集成，从而大大减小了磁性元件所占的总体积，简化了布局及封装设计，与半波、全波整流相比，具有显著的优越性。 P&C SBGPeripherals SBU磁通脉动互消作用示意 两电感磁芯集成示意P&C SBGPeripherals SBU三个分立磁性元件的集成P&C SBGPeripherals SBU 同步整流同步整流MOSFET驱动驱动方式方式同步整流驱动方式主要分自驱动型和外驱动型两类，而自驱动型又分为电压型和电流型两种。电压型自驱动同步整流电路简单，驱动信号多直接取自主变压器,其缺點是:門極驅動電壓Vg未必是常數
9、,它與占空比幾輸入電壓有關.黨占空比幾輸入電壓變化範圍太大時,Vg太大,或太小.电流型自驱动同步整流电路较复杂，但驱动同步性好(说俗点：该通肯定通；该关马上关)，除纯直流场合没有优势外，只要该用低压整流管的场合，都可以直接使用。其中外驱动型是以外部驱动信号(如驱动开关管的PWM波;專用IC,经驱动变压器产生)来驱动MOS管，做同步整流管驱动信號;其缺點是:需要有控制檢測,定時邏輯,同步變換器以及高速驅動電路等,比較複雜,價格貴,開發週期長等,一定程度上限制了外驅動同步整流方式的廣泛應用.P&C SBGPeripherals SBU电压型自驱动同步整流电路P&C SBGPeripherals S
10、BUP&C SBGPeripherals SBU电流驱动同步整流技术 P&C SBGPeripherals SBU外驱动同步整流技术 外驱动引入的原因控制驱动同步整流的一个主要问题是如何产生驱动MODFET的信号而又能避免两只MOSFET出现同时导通的现象。必须防止正激式转换器中两只MOSFET同时导通的现象，或者防止回扫式转换器中同步MOSFET和主开关MOSFEF出现同时导通的现象。以正激變換器為例,当主开关MOSFET导通时，电压Vs是趋向於成为正电压。这个电压使得整流MOSFET（FR）中的体内二极管成为正偏置。而且，由於检测高电平Vs与续流MOSFET（FW）的关断之间存在延迟，在t
11、0-t1.这段时间内，续流MOSFET、整流MOSFET中的体内二极管、以及隔离变压器的副边便形成短路回路，在其中流过的电流在理论上不受限制。短路电流的数值只受到电路中寄生参数的限制，而且最终是由PWM中的保护电路来限制短路电流。对於整流MOSFET关断过程，这些考虑同样成立，对於其他的隔离式转换器要关断的开关器件也同样是适用的。为了避免出现这种恶劣的情况出现，必须先把续流MOSFET关断，然後整流MOSFET才由关断变成导通。 P&C SBGPeripherals SBU副邊形成短路回路副邊形成短路回路P&C SBGPeripherals SBUSTSRX系列內部框架系列內部框架P&C SB
12、GPeripherals SBU系统的工作原理系统的工作原理第一个开关周期：在时钟输入信号的上升沿，两个加数/减数（UP/DOWN）计数器中的第一个计数器工作在计数增加状态，开始对内部时钟（CKI）的脉冲进行计数。在时钟输入信号的下一个上升沿（第一个周期TS结束时），计数器停止计数。计算到的脉冲数为n2，它代表开关周期的时间长短。这个数据存放在起来，以便在下一个开关周期使用。 第二个开关周期：在CK输入的上升沿，第一个计数器工作在减数状态，对内部时钟脉冲进行减数计数，计算到脉冲数为n2-x2时，停止计数。在此时，OUT2由高电平转变为低电平。第二个计数器则计算内部时钟新的脉冲数，将开关周期TS更新。OUT2由高平转变为低电平的提前量的数值为x2TI，是由时间提前量Anticipation2这个输入来确定。在每个周期，计数器的功能，是进行加数计数还是做减数计数，是相对於前一个周期而互相交换的。P&C SBGPeripherals SBUOUT2的时间提前量的产生 P&C SBGPeripherals SBUThe end!
